Fachrichtung Werkzeugmechaniker

Transkript

1 Fachrichtung Werkzeugmechaniker 1-9 Datum: 1. Titel der L.E. : 2. Fach / Klasse : Arbeitskunde, 3. Ausbildungsjahr 3. Themen der Unterrichtsabschnitte : 1. Funktionen von Vorrichtungen 2. Funktionselemente

2 Fachrichtung Werkzeugmechaniker 1-13 Datum: 1. Titel der L.E. : 2. Fach / Klasse : Arbeitskunde, 3. Ausbildungsjahr 3. Themen der Unterrichtsabschnitte : 1. Funktionen von Vorrichtungen 2. Funktionselemente 4. Vorkenntnisse : Grundlagen der Zerspanung Mess- und Prüftechnik Stanz- und Umformtechnik 5. Einführung : Vorrichtungen sind Hilfsmittel für Maschinen und Werkzeuge, um Fertigungsverfahren durchführen zu können. Der sollte: Bestimmte Lernziele Anforderungsstufen Zielklassen - Aufbau und Funktion von Vorrichtungen erläutern - die Funktionselemente im Vorrichtungsbau kennen Wissen Zeit: Lehrhilfsmittel: Erfordernisse 6 Stunden Verschiedene Vorrichtungen, Normelemente, Übungstafeln

3 2 1. Funktionen von Vorrichtungen Vorrichtungen sollen: das Werkstück in einer vorgegebenen Lage genau spannen und fixieren das Werkstück dabei sicher halten das Werkzeug positionieren und führen Werkstücke werden mit Vorrichtungen schnell in eine positionsgenaue Lage gebracht und gespannt. Die Auftragszeiten lassen sich verkürzen und die Wiederholgenauigkeit in der Fertigung wird verbessert. Vorrichtungen werden in der Fertigungs- und Montagetechnik sowie in der Qualitätssicherung eingesetzt. 1.1 Technologische Gründe für Vorrichtungen Bei der Herstellung und Qualitätskontrolle von Bauteilen und Baugruppen kann das Aufgabenspektrum durch den Einsatz einer Vorrichtung qualitativ und kostengünstig gelöst werden. Die Einsatzgebiete und die technologische Nutzung einer Vorrichtung ergeben sich aus den gestellten Aufgaben und Qualitätsanforderungen. Der vorteilhafte Einsatz einer Vorrichtung gelingt nur dann, wenn die Anforderungen hinsichtlich der Technologie und der Betriebswirtschaftlichkeit von der Vorrichtung erfüllt werden. Vorrichtungen sind in ihrem konstruktiven Aufbau und in der Bedienung durch Grund- und Aufbauelemente vergleichbar. Moderne Vorrichtungsbaukästen garantieren ein breites Einsatzgebiet. Präzisions-Messvorrichtung

4 3 1.2 Betriebswirtschaftliche Planungsgrundlagen Die Konstruktion, die Herstellung und der Einsatz einer Vorrichtung kann sich bereits bei kleinen Stückzahlen technisch und betriebswirtschaftlich günstig auswirken. Durch die Fertigungsplanung werden betriebliche Abläufe berechnet und gesteuert. Die kalkulatorische Kostenberechnung ist abhängig von den Losgrößen und den Fertigungszeiten. Arbeitsspezifische Tätigkeiten und Zeiten werden durch den Einsatz von Vorrichtungen bei größeren Stückzahlen reduziert und Kosten eingespart. Betriebswirtschaftliche Planungsdaten sind: Kalkulatorische Herstellungskosten oder Kaufpreis der Vorrichtung Erweiterte Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Betriebliche Rahmenbedingungen Zielgrößen für den Einsatz von Vorrichtungen Kostenoptimale Auslastung Reduzierung der Rüstzeiten und Durchlaufzeiten Steigerung der Produktionsflexibilität und Produktqualität 1.3 Gestaltung von fertigungstechnischen Vorrichtungen Die Bestückung einer Vorrichtung erfolgt immer außerhalb des Fertigungs- oder Herstellungsvorganges. Diese Rüstzeit ist ein Teil der Fertigungszeit. Zur Reduzierung der Rüstzeiten werden die Vorrichtungen anforderungsgerecht gestaltet. Vorrichtungen sollen eine einfache, schnelle und sichere Handhabung erlauben. Die Funktions-elemente müssen eine hohe Wiederholgenauigkeit der Aufspannung gewährleisten und bei Reparaturen leicht austauschbar sein. Bei Vorrichtungen an Werkzeugmaschinen ist sicherzustellen, dass durch das Kühlschmiermittel die anfallenden Späne und andere Feststoffe von der Zerspanungsstelle weggespült und abtransportiert werden.

5 4 2. Funktionselemente Mit katalogisierten Montagesystemen, flexiblen Vorrichtungsbaukästen, Werkstück- Aufnahmevorrichtungen auf speziellen Rüstplätzen sowie Bau- und Spannelementen für die Mess- und Fertigungstechnik können betriebliche Aufgaben kostengünstig gelöst werden. Präzisions-Spannelemente, verstellbare Spannunterlagen, Stützwinden, Treppenböcke und weitere Basis-Sortimente bietet der Handel für den Werkzeugbau, die Fertigung und die Qualitätskontrolle. 2.1 Spannelemente Die Auswahl der Spannelemente und Spannmittel richtet sich nach: dem vorhandenen Platzbedarf und der erforderlichen Spannkraft dem Einsatzspektrum der Spannelemente der Anzahl der Spann- und Justierflächen sowie der Steifigkeit des Werkstücks Das Einsatzspektrum der Spannelemente ist vielseitig. Beste individuelle Lösungen zum Spannen werden durch mechanische, magnetische, hydraulische und pneumatische Spannelemente erreicht. Schnellwechselsysteme mit modularen Nullpunktspannelementen zum Spannen und gleichzeitigen Zentrieren von Vorrichtungselementen verkürzen die Rüstzeit von Vorrichtungen auf Maschinentischen Mechanische Spannelemente Im Vorrichtungsbau kommen als mechanische Spannelemente zur Anwendung: - Spanneisen (Spannpratzen) - Mechanische Schnellspanner - Flach- und Keilspannvorrichtungen - Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung

6 5 Spanneisen (Spannpratzen) In der Praxis verwendet man Spannschrauben und Spannmuttern in Verbindung mit Spanneisen und Spannunterlagen oder Stellschrauben. Gabelspanneisen Gabelspanneisen mit Spanneisen abgeschrägt rundem Spanneinsatz einfach gekröpft Als einfache Befestigung wird hierdurch das Werkstück direkt auf dem Maschinentisch befestigt. Die Spannkraft wird mit dem Spanneisen auf das Werkstück und die Spannunterlage übertragen. Flach- und Keilspannung Bei einfachen Vorrichtungen werden für die Erzeugung der Spannkraft Spannkeile eingesetzt. Das Hauptanwendungsgebiet sind Schnellspannvorrichtungen und Sonderkeilspannvorrichtungen, bei denen die Spannkraft umgelenkt werden muss. Flachspanner mit Keilwirkung Mit standardisierten Tiefspannbacken und Flachspannern wird das Werkstück ohne Fertigungsbeeinträchtigungen festgespannt. Tiefspannbacken mit Keilwirkung

7 6 Tiefspannbacken Zum Spannen werden die Backen gelöst und auseinandergeschoben. Der Spanner wird an das Werkzeug angelegt und mit T-Nutenschrauben auf dem Maschinentisch festgespannt. Durch Anziehen der seitlichen Schraube setzt die Keilspannwirkung nach vorne und nach hinten ein. Das Werkstück wird befestigt und kann ohne Beeinträchtigung bearbeitet werden. F1 F2 Flachspanner Durch die Keilwirkung der Spannbacken wird das Werkstück auf den Maschinentisch gedrückt. Die horizontalen Kräfte werden durch eine der Nutengröße entsprechende Schraube aufgenommen, die den Spanner, ohne den Tisch zu beschädigen, festklemmt. F1 F2 Schnellspanner Schnellspanner werden zur einfachen Werkstückbefestigung an Montage- oder Fügevorrichtungen eingesetzt. Zur Anwendung kommen Senkrecht- Schnellspanner und Waagrecht- Schnellspanner mit einer Andrückschraube von M4 bis M12. Durch die Konstruktion ist die jeweilige Spannhöhe variabel. Die Spannoder Haltekräfte sind von der Lage der Spannschraube auf dem Spannhebelarm abhängig und variieren bei mechanischen Schnellspannern zwischen 500 N und 5000 N. Senkrecht-Schnellspanner Waagrecht-Schnellspanner

8 7 Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung Spanneinheiten mit Exzenterspannung kommen auf Werkzeugmaschinen beim Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden und Reiben zum Einsatz. Die Spannkräfte sind je nach Stabilität und Zerspanungsaufwand der Werkstücke stufenlos regulierbar. Hierdurch wird ein verzugsfreies Spannen gewährleistet. Beim Spannen des Werkstückes wird die Spanneinheit auf jedem beliebigen Punkt des Werkzeugtisches fixiert. Spannexzenter Pneumatische Spannelemente Wenn schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen bei einer Spannvorrichtung verlangt werden, eignen sich besonders pneumatische Spannelemente. Doppeltwirkende Pneumatikzylinder werden mit Kniehebelspanner kombiniert. Spanner und Pneumatikzylinder bilden anschlussfertig eine Einheit. Die Kniehebelübersetzung wirkt selbsthemmend und verhindert das Öffnen während der Bearbeitung oder bei Luftausfall. Kniehebelspanner Pneumatikzylinder Hydraulische Spannelemente Hydraulische Spannelemente besitzen für den Einsatz an Werkzeugmaschinen besondere Vorteile: Sie erreichen hohe und gleichgroße Spannkräfte. Es erfolgt ein schneller Spanndruckaufbau. Durch automatische Steuerungen ist ein vielseitiger Einsatz möglich. An Werkzeugmaschinen werden hydraulische Spannzylinder als Einschraubzylinder oder als Schwenkzylinder in die Spannvorrichtungen eingeschraubt. Somit können Werkstücke gespannt und gleichzeitig bearbeitet werden.

9 8 2.2 Positionierelemente Zur form- und lagegerechten Werkstückspannung und -bearbeitung erhalten Vorrichtungen E- lemente zur Positionierung. Im Vorrichtungskörper werden die erforderlichen Spann- und Positionierelemente funktionsgerecht angeordnet. Um Maßtoleranzen einzuhalten, wird das Werkstück möglichst in seinen Maßbezugsebenen positioniert. Positionierelemente sind im gehärteten und geschliffenen Zustand einzubauen. Zylinder werden in 90 -Prismen aufgenommen. Werkstücke mit unbearbeiteter Oberfläche sind auf Bolzen zu positionieren. Bearbeitete Werkstückflächen werden an den Vorrichtungsflächen angelegt. Spannvorrichtung mit Sonderspannbacken Die Vorrichtungsauflageflächen erhalten Einfräsungen für eine bessere Reinigung und Späneabfuhr. Für die Positionierung einer Bohrung werden angefaste Bolzen verwendet. Zur rationellen Werkstückspannung auf Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren und flexiblen Fertigungszellen werden ganze Vorrichtungen aus universellen Spannsystem-Baukästen mit Nutoder Lochsystemen eingesetzt. Oft ist es wirtschaftlich, Spannsystem-Baukästen und gängige Positionier- und Vorrichtungselemente als Normteile zu kaufen. Norm-Systembaukasten Hydraulisches Positionierelement

10 9 2.3 Bohrbuchsen Bohrbuchsen dienen zur Führung des Bohrers in der Bohrvorrichtung. Hierdurch wird ein maßgenaues Bohrbild erreicht sowie das Verlaufen des Bohrers verhindert. Um eine optimale Spanabfuhr zu erreichen, soll der Abstand a der Bohrbuchse von der Werkstückoberfläche 1/3...1 mal Bohrerdurchmesser betragen. Reibahlen und Gewindebohrer werden durch Bohrbuchsen nicht geführt. a Als Normteile kommen zylindrische Bohrbuchsen, Bundbohrbuchsen und Steckbohrbuchsen am häufigsten im Vorrichtungsbau zur Anwendung. Bohrbuchsen erreichen eine Härte von 780 ± 40 HV. Die geschliffenen Flächen weisen eine Oberflächengüte von R z 6,3 auf. Bohrbuchse Bundbohrbuchse Steckbohrbuchse

11 Titel der L.E.: - Arbeitsblatt Name des s: Zeitvorgabe: Erreichbare Punktzahl: Punktzahl Übungen 1. Nennen Sie die drei Hauptaufgaben einer Vorrichtung. 2. Welche Zielgrößen wirken auf den Einsatz von Vorrichtungen? 3. Wonach richtet sich die Auswahl der Spannelemente und Spannmittel? 4. Mit welcher einfachen Befestigung kann ein Werkstück direkt auf den Maschinentisch gespannt werden? 5. Welche zwei Arten von manuellen Schnellspannern werden im Vorrichtungsbau eingesetzt?

12 Titel der L.E.: 11 - Arbeitsblatt Name des s: Zeitvorgabe: Erreichbare Punktzahl: Punktzahl 6. Für welche Arbeiten werden Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung verwendet? 7. Wo liegt der Vorteil für den Einsatz von pneumatischen Spannelementen? 8. Welche Bezeichnung haben die dargestellten Spannelemente? 9. Benennen Sie die drei Bohrbuchsen Wie nennt man das dargestellte Spannelement und wodurch wird die Spannkraft erzeugt? F F

13 Titel der L.E.: 12 - Arbeitsblatt Name des s: Zeitvorgabe: 30 Minuten Erreichbare Punktzahl: 0 ausgabe Punktzahl Übungen 1. Nennen Sie die drei Hauptaufgaben einer Vorrichtung. Vorrichtungen sollen: das Werkstück in einer vorgegebenen Lage genau spannen und fixieren das Werkstück dabei sicher halten das Werkzeug positionieren und führen 2. Welche Zielgrößen wirken auf den Einsatz von Vorrichtungen? Eine kostenoptimale Auslastung der Vorrichtung, die Reduzierung der Rüst- und Durchlaufzeiten sowie die Steigerung der Produktionsflexibilität und Produktionsqualität. 3. Wonach richtet sich die Auswahl der Spannelemente und Spannmittel? Die Auswahl der Spannelemente richtet sich nach: dem vorhandenen Platzbedarf und der erforderlichen Spannkraft dem Einsatzspektrum der Spannelemente der Anzahl der Spann- und Justierflächen sowie der Steifigkeit des Werkstücks 4. Mit welcher einfachen Befestigung kann ein Werkstück direkt auf den Maschinentisch gespannt werden? Mit Spannschrauben und Spannmuttern in Verbindung mit Spanneisen (Spannpratzen) und Spannunterlagen oder Stellschrauben wird ein Werkstück direkt auf dem Maschinentisch befestigt. 5. Welche zwei Arten von manuellen Schnellspannern werden im Vorrichtungsbau eingesetzt? Zur einfachen Werkstückbefestigung an Montage- oder Fügevorrichtungen kommen Senkrecht-Schnellspanner und Waagrecht-Schnellspanner zur Anwendung.

14 Titel der L.E.: 13 - Arbeitsblatt Name des s: Zeitvorgabe: Erreichbare Punktzahl: ausgabe Punkt- Punktzahl zahl 6. Für welche Arbeiten werden Spannvorrichtungen mit Exzenterspannung verwendet? Spanneinheiten mit Exzenterspannung kommen auf Werkzeugmaschinen beim Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden und Reiben zum Einsatz. 7. Wo liegt der Vorteil für den Einsatz von pneumatischen Spannelementen? Wenn schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen bei einer Spannvorrichtung verlangt werden, setzt man pneumatische Spannelemente ein. 8. Welche Bezeichnung haben die dargestellten Spannelemente? Bei den dargestellten Spannelementen handelt es sich um Schwenk-Spannzylinder. 9. Benennen Sie die drei Bohrbuchsen. 1 Bohrbuchse 2 Bundbohrbuchse 3 Steckbohrbuchse Wie nennt man das dargestellte Spannelement und wodurch wird die Spannkraft erzeugt? Dargestellt ist ein Tiefspannbacken. Für die Erzeugung der Spannkraft wird ein Keil eingesetzt. F F